Tema 6. Calci (2012)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 2º curso
Asignatura Senyalització i control del funcionament Cel·lular
Año del apunte 2012
Páginas 7
Fecha de subida 18/01/2015
Descargas 21
Subido por

Vista previa del texto

Tema 6: Calci El Calci és un segon missatger que ni es crea ni es destrueix. El calci només veiem que activa proteïnes quinases C, però és capaç de fer milions de coses més. El calci és un segons missatger crucial pel funcionament cel·lular, aquí el veurem com a segons missatger. Trobarem un problema, ja que hem vist receptors que s’activen o no pel lligand, també hem parlat de segons missatgers, de nucleòtids cíclics, de lípids... amb el calci no és lo mateix, el calci no hi ha res que el faci degradar, el calci s’ha d’amagar en algun compartiment, per tant serà un segon missatger baixant o augmentant la seva concentració. Si volem senyal de calci aquet calci passa de 10-7 M a 10-5 M, ha augmentat molt ja que al concentració al citosol és de 10-7 M.
CAyES Una solució es que estigui fora de la cèl·lula, ja que el calci està en major concentració fora que dintre de la cèl·lula; o dins de la cèl·lula, dintre en compartiments específics, el reticle endoplasmàtic és el més comú.
A la membrana plasmàtica ha d’haver canals de calci que s’han d’activar al moment que es necessiti la concentració de calci elevada. L’inositol que hem vist lo que fa es obrir els canals de calci del reticle endoplasmàtic. Per baixar la concentració lo que s’ha de fer es bombejar calci, amb ATPasas de calci a la membrana plasmàtica i ATPasas de calci al reticle endoplasmàtic.
Part 1: Proteïnes dependents de calci. (Calmodulina) Aquests tipus de proteïnes són proteïnes que lliguen calci, proteïnes que formaran part duna cascada de senyalització on intervé el calci i aquestes seran dependents.
El calci intervé en l’activació i la inactivació de moltes proteïnes.
- Proteïnes que son el component següent de la cascada. Hi ha una augmenta del calci, es lliga a una proteïna i l’activa. Farem referència amb el component següent de la cascada.
- Reserva d’aquest calci. Proteïnes que s’encarreguen d’això. Una estratègia per reduir el calci soluble, gràcies a aquestes proteïnes que segresten aquest Calci. Però ens interessa més l’altre d’abans.
EF-Hand superfamily of calcium-binding proteíns: Les proteïnes que lliguen calci es classifiquen depenent de la seva estructura, dels seus dominis. Un exemple és la EF-Hand, moltes proteïnes que lliguen calci tenen aquesta estructura. És la primera estructura d’una proteïna que es va reconèixer que lligava calci. I es va veure que té diferents hèlixs alfa. Van veure que el calci s’unia entre les hèlix e i f, a més a més, aquesta estructura és com una forma de la mà on el calci queda al mig, entre les dues hèlixs. El calci s’uneix amb una proteïna perquè coordina amb àtoms d’oxigen que donaran residus de aspartat i glutamat, per tant direm que seran proteïnes àcides.
CAyES La majoria de proteïnes que lliguen calci tenen més d’un EF-Hand, la més coneguda és la Calmodulina, que en té quatre. Una característica és que si una proteïna de vegades te més d’un EF-Hand, la unió del calci és cooperativa entre ells. Com que hi ha tantes proteïnes com aquestes s’intenten classificar en famílies segons el nombre i estructura de EF-Hand.
Proteïnes amb domini C2: Hi ha altres proteïnes que tenen una altra estructura per lligar Calci, és el domini C2. En aquest cas són tires antiparal·leles beta. Les proteïnes que tenen aquest domini C2, normalment són proteïnes que treballen a la membrana. Un exemple és la proteïna quinasa C. La fosfolipasa A2 genera eicosanoides, dintre de la caixeta que representa la fosfolipasa A2 hi ha un C2, doncs aquest C2 vol dir que té un domini d’aquests i que el calci s’uneix allí.
Calmodulina (CaM) El calci pot actuar com a segon missatger i formar part en proteïnes que tinguin aquets dominis específics on s’uneix el calci. Moltes vegades l’efecte del calci activant una proteïna no es del calci que es lliga directament a questa proteïna, si no del calci que s’uneix a la calmodulina, per tant, aquesta s’activa i la calmodulina activa l’altra proteïna. La calmodulina és com un intermediari.
- És ubiqua, a totes les cèl·lules trobarem la calmodulina.
- Té l’estructura en forma d’una pesa. En els extrems és a on lliga calci, i la part d’en mig és una part molt flexible que pot lligar les proteïnes.
- La calmodulina té 4 motius EF-Hands, per lo tant, pot lligar 4 calcis, dos en cada extrem.
- Una característica especial és que l’afinitat pel calci d’aquesta calmodulina és quan el calci està a una concentració aproximada de 10-6 M.
Té molta importància en lo que representa a la cascada de senyalització de calci quan té lligat calci, però hi ha vegades que hi ha proteïnes que estan regulades per la calmodulina sense calci. Una calmodulina sense calci normalment es coneix per apocalmodulina.
Les proteïnes que son diana de la calmodulina tenen estructures molt diferents. Podem activar l’altra proteïna per mecanismes diferents.
Un exemple és el següent, encara que no es general, aquest només és un exemple: - - La calmodulina quan lliga calci canvia de conformació, determinarà que la calmodulina canviï la seva estructura tridimensional, fent que zones que abans eren hidrofòbiques ara quedin cap al exterior...
amb tots aquests canvis és podrà unir a la proteïna diana, la proteïna següent de la cascada, llavors serà actiu i es quan farà la fusió.
Una de les modalitats que hi ha és que la calmodulina formi part de l’estructura quaternària de la proteïna. Que sigui un dels diferents dominis, fent així que ja estigui allí i quan arribi calci s’activi.
CaM-binding proteins: CAyES El calci per si mateix activa components de cascada. Aquesta estructura (calci-calmodulina) està representada com a CaM. El component següent de la via pot fer moltes coses, per exemple: - Mitocòndria més enzims del metabolisme, per exemple la ATPasa. Aquestes proteïnes estan controlades per CaM, per tant enzims habituals poden estar controlats per proteïnes d’aquest tipus.
- CaM controla la ATPasa de calci, o controla canals de calci. Però CaM controla l’activitat de receptors, més afinitat o menys afinitat pel seu lligand, exemple l’’EGF.
- També controla proteïnes que intervenen en la senyalització o adenilits ciclases que també estan regulats per calci o fosfolipases (A2).
- Pot controlar moltes altres funcions cel·lulars, com el citoesquelet. També pot controlar proteïnes quinases (C), calmodulines quinases, controla quinases de la miosina.
- Actualment s’està veient que el calci, ell per si mateix, intervé en molt processos dintre del nucli, s’està donant més importància als canvis de calci dintre del DNA, on deixen i que controlen reparacions del DNA.
- També intervé en canals de calci del reticle endoplasmàtic.
Part 2: Control de la concentració intracel·lular de calci i magatzems intracel·lulars de calci Control de la concentració de calci: CAyES Les cèl·lules hauran de gastar molta energia per tal de mantenir aquest gradient de calci o impedir, controlar, la permeabilitat que hi hagi amb aquest calci de fora. Ja que la concentració que hi ha de calci fora de la cèl·lula és molt més elevat que la concentració de dintre de la cèl·lula. Quan parlem de permeabilitat vol dir que a la membrana plasmàtica hi ha canals que a la mínima que s’obrin entrarà molta quantitat de calci a la cèl·lula i si hi ha algun problema amb aquests canals sempre haurà concentracions de calci molt elevat i no es donarà la senyal. També, encara que es fàcil fer entrar calci a la cèl·lula serà difícil fer-lo sortir, per tant es necessiten bombes que faran una despesa d’ATP, per tant gastem molta energia amb aquestes bombes, per tal de fer que els ions estiguin en els compartiments que els hi toca.
L’augment que hi hagi en una cèl·lula per un senyal vindrà d’un cantó o d’un altre (RE o membrana) depenent de la senyal que sigui.
Membrana plasmàtica: sortida de Ca Sistemes que s’activen quan ha hagut un augment de calci intracel·lular. Els sistemes que funcionen per extreure calci cap al exterior es un sistema que es una ATPasa de calci, que com es troba a la membrana plasmàtica la podem torbar com a PMCA. Tot i que hagi augmentat la concentració dintre de la cèl·lula, a fora, la concentració és molt més elevada, per aquest motiu es necessita la bomba. A banda d’aquesta ATPasa també hi ha un intercanviador de Na. Dintre de la cèl·lula de sodi hi ha molt poquet i fora molt, per tant s’aprofita l’energia que dona l’entrar un sodi a favor de gradient per combinar-lo amb un intercanviador i que el calci surti cap a fora.
CAyES L’ATPasa es considera un sistema que te una alta afinitat de calci però a una velocitat baixa, treu trenta ions de calci per segon. En canvi els intercanviadors tenen baixa afinitat però alta velocitat, treuen 500 ions per segon.
Per tant el intercanviador treballarà amb altes concentracions de calci per que es poc afí i farà fora molts ions.
Per aquest motiu, primer treballaran els intercanviadors i quan ha baixat la concentració, les ATPSasas treballaran fent sortir el calci.
Intercanviador Na+/Ca2+: Utilitzen l’energia del gradient electroquímic. Hi ha de molts tipus, uns intercanvien (NCX) Na per Ca, i altres que intercanvien Na per Ca i K (NCKX). En aquestes membranes ha d’haver moltes bombes (ATPSases) igualment.
Són proteïnes que travessen vaires vegades la membrana plasmàtica. I tenen la característica que aquestes formes poden ser modificades, sent més actives o menys actives, sent fosforiladas, per exemple.
La ATPasa (PMCA) Utilitza l’energia directament del ATP. Una característica d’aquesta ATPSasa es que pot estar també modulada la seva activitat, el que controla la seva activitat son les proteïnes quinases. També té un lloc on es lliga la calmodulina, en aquest cas lo que passa és que quan té lligada la calmodulina en aquest domini la ATPasa no està activa. Quan aquí augmenta la concentració de calci, el calci s’unirà a la calmodulina i llavors es deslligarà i es quan la ATPasa s’activarà. Per tant la mateixa senyal, calci, controla la bomba que el fa sortir.
Membrana plasmàtica: Entrada de Ca Gap junctions: Com estan unides, la senyal d’una cèl·lula passa a la següent.
Canals de calci: Aquests canals de calci només han de poder entrar calci quan hi hagi un senyal, quan sigui necessari. Aquests canals son proteïnes molt grans i aquestes proteïnes passen la membrana plasmàtica moltes vegades, son molt complexos.
- Hi ha canals que son canals controlats per voltatge, pel potencial de membrana, depenent del potencial de membrana s’obriran o no.
Aquests es un sistema molt ràpid de permetre l’entrada ce calci.
- Un altre sistema molt habitual d’entrada de calci a la es cèl·lules és que ells siguin uns receptors.
Que quan arriba el calci s’obren els canals.
- SOCs, aquests són canals controlats per magatzems de calci i s’obren quan la cèl·lula necessita calci.
Magatzems intracel·lulars de Ca: CAyES El calci entra o surt dins de les cèl·lules, però la majoria de calci que augmenta o baixa de concentració és gràcies als compartiments cel·lulars.
Reticle endoplasmàtic: Un magatzem molt important de la cèl·lula és el reticle endoplasmàtic. És molt important per emmagatzemar calci, la màxima capacitat per reservar calci son les cèl·lules musculars. Però les cèl·lules que no son musculars també reserven calci.
Ha de tenir canals que permetin que quan sigui necessari augmentar la concentració de calci al citosol, que aquesta canals s’obrin. També necessita una bomba per fer entrar calci al interior del reticle, i es diu SERCA-ATP.
De canals que alliberen calci en trobem de diferents tipus: - Un està regulat per l’InsP3R.
- Un altre canal és el que es diu rianodine, se li diu així perquè aquests canals estan inhibits per un alcanoide que es diu rianodine.
A banda de tenir bombes que fan entrar calci cap a dintre i canals que deixen anar calci, dintre del reticle hi ha proteïnes que estan dissenyades per poder lligar calci. Aquestes proteïnes que emmagatzemen calci son: - Calsequestrina: RE, cèl·lules musculars.
- Calreticulina: RE, cèl·lules no musculars.
SERCA = sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPasa Necessita ATP per poder bombejar calci cap a dintre del RE. Trobarem diferents gens que codifiquen per aquests tipus de ATPasa. SERCA1 i SERCA2 per als músculs i SERCA3 per no músculs.
Estan actives quan la concentració de calci és elevada i s’inactiven quan la concentració de calci és baixa. Però també tenen un control més acurat, amb una proteïna que es diu PLB. S’associen les dos proteïnes. Quan augmenta el calci la proteïna canvia de conformació i així fent que la SERCA comenci a funcionar. O si la PLB es fosforila o no, si es fosforila canvia la conformació i la SERCA és activa. La fosforilació és donarà gràcies a les proteïnes quinases més la calmodulina.
Inostiol 1,4,5 triphosphate receptor Ins3P: El canal que hi ha al RE està tancat i quan arriba l’inostiol3P s’obrirà el canal ja que és un activador del canal.
Quan està tancat el canal té lligada una proteïna, però quan arriba l’Ins3P desplaça la proteïnes que estan unides i és col·loca ell. I això determina que aquet canal s’obri i surti una gran quantitat de calci.
CAyES A banda d’estar controlats per l’Ins3P tenen la característica que estan controlats pel propi calci. El calci es capaç d’activar-los, un augment de calci al citosol determinarà que aquests canals s’obrin, ja que si per algun motiu s’està obrint algun canal de membrana i deixa entrar ions de calci, aquesta canals del RE s’obren i per tant augmenta la concentració de calci al citosol. Però si la concentració de calci és molt elevada els canals del RE es tanquen per parar el senyal.
Ryanodine- receptor, RyR: Canals similars als que hem vist abans, però en aquest cas el lligand que activa el canal es diferent.
- El que es coneix més dels receptors de la rianodine és aquet d’aquí (FOTO primera, esquerra). El RE i els receptors de la RyR estan tocant la membrana i per tant toquen a altres proteïnes que son components de la membrana. La proteïna blava canvia de conformació quan hi ha un canvi de voltatge. I com que està en contacte amb el receptor del RyR això fa que hi hagi un canvi de conformació i per tant això determina que s’obri el canal i que surti calci.
- (FOTO segona, dreta) També podem trobar un sistema que el receptor de la RyR no estigui en contacte amb la proteïna de membrana. Un canvi de polaritat a la membrana plasmàtica farà que canals de calci dependents de voltatge s’obrin. Aquesta calci determina que aquest receptor s’activi de la RyR i per tant entrarà molt calci alhora.
El receptor està controlat pels nivells de ADP-ribose cíclic que és un segon missatger que fa un senyal. El betaNAD+ serveix per crear segons missatgers mitjançat un enzim ADP –ribosyl cyclase. I el producte serà un anàleg del receptor del Inositol3P, el ADP-ribose cyclic.
Altres molècules que alliberen Ca: Una característica que es veu actualment es que quan s’estudia amb cèl·lules o sistemes, molècules que actuen com activadores de canals, es veu que hi ha altres components, segons missatgers, o altres metabòlits que es poden trobar a la cèl·lula i poden augmentar la concentració de calci al citosol. Per exemple la esfingosina 1P, l’Inositol 1,3,4,5 P4, la nicotina adenina-dinucleòtid fosfat (NAADP)...
...